CN201497714U - 一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置，工作平台(16)、冷却水管(33)、加热器(14)和加热器支架(15)位于压力罐(1)内；真空罐(6)位于压力罐下方中心处，敞口端位于压力罐(1)内；真空罐(6)的轴线与压力罐(1)的轴线相互垂直，两罐壳体相贯连接。工作平台(16)中央开有抽气孔，被固定在真空罐(6)的敞口上；试验件放置在工作平台上，将压力罐(1)和真空罐(6)相贯处隔离成两个独立的腔室。当打开真空泵和压缩机时，两个独立腔室分别形成负压腔与正压腔，使试验件两个表面分别受负压和正压作用，并且正压腔内加热器向隔热结构试验件加热，从而实现热/真空压差环境实现对热防护系统结构性能的瞬态加热/真空环境试验研究。

Description

一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置

一、技术领域

本发明属于宇航安全检测技术中环境试验领域，具体是一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置。

二、背景技术

目前用于热防护系统在空间高度下的适应性，以及压差环境中的传热隔热试验的环境模拟试验装置有如下几种：

1.高低温低气压试验设备。该试验设备温度范围-65℃～300℃；压力范围常压～500Pa。适用于军用标准150中规定的30500m及其以下高度的高低温和低气压环境适应性试验。

2.空间热环境模拟试验器。该空间热环境模拟试验器主要环境因素考虑的是超高真空、低温和来自太阳与行星的热辐射，其真空压力保持在10^-4Pa～10^-6Pa。

3.真空炉。真空炉是一类通用的热真空加工设备，如真空热处理、真空淬火、退火、焊接等，其温度范围常温-65℃～1000℃，其真空压力最高达10^-7Pa。

上述空间高度与热环境模拟真空压力均为等压实现，而对于在一个用隔热耐热结构与材料组成的热防护系统上同时作用两种不同的压力或压差则不能实现。

二、发明内容

为克服现有技术中存在的一个热防护系统上不能同时作用两种不同的压力或压差的不足，本发明提出了一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置。

本发明是一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置，包括压力罐、真空罐、工作平台、加热器、加热器支架、快卸机构、罐支架、真空机组、温度压力测控系统和气压源。压力罐安装在支架上，真空罐位于压力罐的下方中心处，并且真空罐与压力罐的轴线相互垂直。真空机组通过抽气管与真空罐相连。冷却水管、工作平台、加热器和加热器支架位于压力罐内。温度压力测控系统通过位于压力罐罐体上的接线柱对加热器实施控制。压力罐的罐体上分布有各种管接头，通过各管接头，安装有进水截止阀、排水截止阀、气体流量阀、排气截止阀、气压式传感器、安全阀、限压阀、压力表和热电偶接口。快卸机构位于压力罐的罐体上部，其两端分别与支撑座和锁紧卡箍连接。

真空罐的外形尺寸为压力罐的1/3～1/2。真空罐的罐体一端密封，另一端敞口。真空罐的敞口端位于压力罐内，并且真空罐的罐体和压力罐的罐体相贯连接。真空罐的内径大于工作平台中心的抽气孔的最大外形尺寸。

框架结构的工作平台被焊接在真空罐的端面上；工作平台的外形尺寸大于真空罐敞口的外径。在工作平台的中央开有抽气孔。在工作平台内部，沿框架周边有冷却水通道；工作平台上有冷却水通道的进水接头和出水接头。抽气孔中安装有加强筋。在抽气孔周边有密封槽。试验件放置在工作平台密封圈上，从而将压力罐和真空罐相贯处隔离成两个腔室。

冷却水管的两端分别与位于压力罐体外部的进水截止阀和工作平台的进水接头相连，内通冷却水；工作平台排水接头通过管道与真空罐底部排水管相连；真空罐的罐体上焊接进水接头、排水管、抽真空接口、罐底部中央放气阀、真空压力传感器、多路温度传感器和安装操作接口，进水接头上安装有进水阀，抽气管一端安装在抽真空接口上，另一端与真空机组进气法兰盘连接。

本发明的真空罐一端伸入压力罐内，并两个罐以相贯形式连接，当用热防护试验件封堵该方孔时，该装置被隔成了两个独立腔体，打开真空泵和压缩机时，分别形成的负压腔与正压腔，使被测试的产品一面受负压、另一面受正压作用，正压腔内加热器向隔热结构试验件加热，从而实现热/真空压差环境。本发明不仅能够模拟高空环境下飞行器外表面的真空/热环境，还能同时模拟飞行器舱内的真空和密闭环境，实现了高空飞行环境下飞行器壁面外部和内部环境的同时模拟。利用本发明可进行模拟高空环境下热防护材料/结构的热性能测试，实现对热防护系统结构性能的瞬态加热/真空环境试验研究。

四、附图说明

图1是热防护试验装置结构示意图；

图2是热防护试验装置侧视图；

图3是热防护试验装置俯视图；

图4是工作平台。其中：

1.压力罐   2.安全阀           3.限压阀      4.压力表    5.热电偶接口

6.真空罐   7.多路传感器接口   8.温度传感器  9.排水管    10.放气阀

11.进水阀  12.安装操作接口    13.接线柱     14.加热器   15.加热器支架

16.工作平台  17.罐支架        18.快卸机构        19.流量阀    20.抽气管

21.电磁阀    22.进水截止阀    23.排水截止阀      24.罐封头铰  25.罐封头臂、

26.罐封头盖  27.气压力传感器  28.真空压力传感器  29.真空机组

30.测控系统  31.锁紧卡箍      32.支撑座          33.冷却水管  34.进水接头

35.支撑筋    36.挡块          37.密封槽          38.排水接头

五、具体实施方式

实施例一

本实施例是一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置，包括压力罐1、真空罐6、工作平台16、加热器14、加热器支架15、快卸机构18、罐支架17、真空机组29、温度压力测控系统30和气压源。(图1～图4)压力罐1安装在支架17上，真空罐6位于压力罐1的下方中心处，并且真空罐6与压力罐1的轴线相互垂直。真空机组29通过抽气管20与真空罐6相连。工作平台16、加热器14和加热器支架15位于压力罐1内。温度压力测控系统30通过位于压力罐1罐体上的接线柱13对加热器实施控制。压力罐1的罐体上分布有各种管接头，通过各管接头，安装有进水截止阀22、排水截止阀23、气体流量阀19、放气阀10、气压式传感器27、安全阀2、限压阀3、压力表4和热电偶接口5。快卸机构18位于压力罐1的罐体上部，其两端分别与支撑座32和锁紧卡箍31连接。在压力罐1上安装有罐封头铰24，通过罐封头臂25支撑罐封头盖26。气压力传感器27位于压力罐1的罐体一侧。

真空罐6为圆筒形罐体，一端密封，另一端敞口，并且真空罐6的敞口端位于压力罐内；真空罐6的外形尺寸为压力罐1的1/2。在真空罐6的罐体上安装有排水截止阀、排水管和温度传感器。

在真空罐6一侧的罐体上开有安装操作接口。真空罐6的内径根据压力确定，并大于工作平台16中心的抽气孔的最大外形尺寸。

冷却水管33一端与位于真空罐罐体外部的进水阀22接头连接，另一端与真空罐罐体内的工作平台进水接头34相连，内通冷却水；工作平台排水接头38通过管道与真空罐底部排水管9相连；真空罐6的罐体上焊接进水接头、排水管9、抽真空接口、罐底部中央放气阀10、真空压力传感器28、多路温度传感器8和安装操作接口12，进水接头上安装有进水阀11，抽气管20一端安装在抽真空接口上，另一端与真空机组进气法兰盘连接。

工作平台16为方形框架结构，其外形尺寸大于真空罐6敞口的外径。根据试验件的外形，在工作平台的中央开有方形抽气孔。在工作平台内部，沿框架周边有冷却水通道；工作平台16的一侧侧边上有冷却水通道的进水接头34，在工作平台16的一侧表面上有冷却水通道的排水接头38。方孔中间安装支撑筋35。在方形孔各边的中心、支撑筋的下方分别有凸出方孔边的支撑筋36，通过该挡块将支撑筋固定在方孔内。在工作平台一侧表面的方形孔周边有密封槽37。试验件放置在工作平台16方口密封圈上，从而将压力罐1和真空罐6相贯处隔离成两个腔室。

工作平台16焊接在真空罐6端面上。加热器支架15固定在工作平台16两侧；加热器14安装在加热器支架15的导轨上，并通过加热器14底面的滚轮在导轨上移动；加热器14辐射热面朝向工作平台16方孔上的试验件。

罐支架17用以支持压力真空罐。真空机组29由一台罗茨真空泵和一台旋片式真空泵以及各类连接管道和电器控制箱组成。温度压力测控系统30包括计算机、数据采集与输出卡、温度传感器8、压力变送器27、数字式真空计28、可控硅电压调整器、可控硅电路、流量阀19、电磁阀21及其控制电路和测控软件等组成。它可以控制温度、压力随时间的变化。

本实施例能够同时将两种不同的压力或压差作用于同一个试验件的上下表面上，热防护试验件正面承受的正压力为0～2.0×10⁵Pa，温度为室温～1100℃；试验件反面承受的负压力为1.0×10⁵Pa～5.0×10⁰Pa。本实施例同样适用于等压试验。

实施例二

本实施例是一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置，包括压力罐1、真空罐6、工作平台16、加热器14、加热器支架15、快卸机构18、罐支架17、真空机组29、温度压力测控系统30和气压源。(图1～图4)压力罐1安装在支架17上，真空罐6位于压力罐1的下方中心处，并且真空罐6与压力罐1的轴线相互垂直。真空机组29通过抽气管20与真空罐6相连。工作平台16、加热器14和加热器支架15位于压力罐1内。温度压力测控系统30通过位于压力罐1罐体上的接线柱13对加热器实施控制。压力罐1的罐体上分布有各种管接头，通过各管接头，安装有进水截止阀22、排水截止阀23、气体流量阀19、放气阀10、气压式传感器27、安全阀2、限压阀3、压力表4和热电偶接口5。快卸机构18位于压力罐1的罐体上部，其两端分别与支撑座32和锁紧卡箍31连接。在压力罐1上安装有罐封头铰24，通过罐封头臂25支撑罐封头盖26。气压力传感器27位于压力罐1的罐体一侧。

真空罐6为圆筒形罐体，一端密封，另一端敞口，并且真空罐6的敞口端位于压力罐内；真空罐6的外形尺寸为压力罐1的1/3。在真空罐6的罐体上安装有排水截止阀、排水管和温度传感器。在真空罐6一侧的罐体上开有安装操作接口。真空罐6的内径根据压力确定，并大于工作平台16中心的抽气孔的最大外形尺寸。

冷却水管33一端与位于真空罐罐体外部的进水阀22接头连接，另一端与真空罐罐体内的工作平台进水接头34相连，内通冷却水；工作平台排水接头38通过管道与真空罐底部排水管9相连；真空罐6的罐体上焊接进水接头、排水管9、抽真空接口、罐底部中央放气阀10、真空压力传感器28、多路温度传感器8和安装操作接口12，进水接头上安装有进水阀11，抽气管20一端安装在抽真空接口上，另一端与真空机组进气法兰盘连接。

工作平台16为方形框架结构，其外形尺寸大于真空罐6敞口的外径。根据试验件的外形，在工作平台的中央开有方形抽气孔。在工作平台内部，沿框架周边有冷却水通道；工作平台16的一侧侧边上有冷却水通道的进水接头34，在工作平台16的一侧表面上有冷却水通道的排水接头38。方孔中间安装支撑筋35。在方形孔各边的中心、支撑筋的下方分别有凸出方孔边的支撑筋36，通过该挡块将支撑筋固定在方孔内。在工作平台一侧表面的方形孔周边有密封槽37。试验件放置在工作平台16方口密封圈上，从而将压力罐1和真空罐6相贯处隔离成两个腔室。

工作平台16焊接在真空罐6端面上。加热器支架15固定在工作平台16两侧；加热器14安装在加热器支架15的导轨上，并通过加热器14底面的滚轮在导轨上移动；加热器14辐射热面朝向工作平台16方孔上的试验件。

罐支架17用以支持压力真空罐。真空机组29由一台罗茨真空泵和一台旋片式真空泵以及各类连接管道和电器控制箱组成。温度压力测控系统30包括计算机、数据采集与输出卡、温度传感器8、压力变送器27、数字式真空计28、可控硅电压调整器、可控硅电路、流量阀19、电磁阀21及其控制电路和测控软件等组成。它可以控制温度、压力随时间的变化。

本实施例能够同时将两种不同的压力或压差作用于同一个试验件的上下表面上，热防护试验件正面承受的正压力为0～2.0×10⁵Pa，温度为室温～1100℃；试验件反面承受的负压力为1.0×10⁵Pa～5.0×10⁰Pa。本实施例同样适用于等压试验。

Claims (5)

1.一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置，包括压力罐(1)、加热器(14)、加热器支架(15)、快卸机构(18)、罐支架(17)、真空机组(29)、温度压力测控系统(30)和气压源，压力罐(1)安装在支架上；冷却水管(33)、加热器(14)和加热器支架(15)位于压力罐(1)内；温度压力测控系统(30)通过位于压力罐(1)罐体上的接线柱(13)对加热器(14)实施控制；压力罐(1)的罐体上分布有各种管接头，通过各管接头，安装有进水截止阀(22)、排水截止阀(23)、气体流量阀(19)、排气截止阀、气压式传感器、安全阀(2)、限压阀、压力表(4)和热电偶接口(5)；快卸机构(18)位于压力罐(1)的罐体上部，其两端分别与支撑座和锁紧卡箍(31)连接；其特征在于还包括真空罐(6)和工作平台(16)；真空罐(6)位于压力罐(1)的下方中心处，一端为敞口，该敞口端位于压力罐(1)内，并且真空罐(6)与压力罐(1)的轴线相互垂直，两罐的壳体相贯连接；工作平台(16)的内部有冷却水通道；工作平台(16)的中央开有抽气孔，抽气孔周边有密封槽(37)；试验件放置在工作平台(16)密封圈上。

2.如权利要求1所述一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置其特征在于，真空罐(6)的外形尺寸为压力罐(1)的1/3～1/2；真空罐(6)的内径大于工作平台(16)中心的抽气孔的最大外形尺寸。

3.如权利要求1所述一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置其特征在于，工作平台(16)的外形尺寸大于真空罐(6)敞口的外径。

4.如权利要求1所述一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置其特征在于，冷却水管(33)的两端分别与进水截止阀(22)和工作平台(16)的进水接头(34)相连。

5.如权利要求1所述一种模拟高度与压差环境的热防护试验装置其特征在于，真空罐(6)的罐体上有进水接头(34)、排水管(9)、抽真空接口，罐底部中央有放气阀(10)、真空压力传感器、多路温度传感器(8)和安装操作接口(12)；抽气管(20)一端安装在抽真空接口上，另一端与真空机组(29)进气法兰盘连接。

Images